Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MCP3008 A/D-Wandler Pegel?!


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von Chris F. (baselbub)


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Hallo,

ich möchte gerne mit dem MCP3008 A/D Wandler ein Analogsignal (Spannung) 
aufbereiten, damit ich es mit dem Raspberry-Pi weiterverarbeiten kann.

Vref für den MCP3008 würde ich 3,3V (vom PI) benutzen. Nun stellt sich 
mir die Frage, was ich denn maximal damit Wandeln kann? Also bis zu 
welcher Spannung ich messen kann?

Die A-Eingänge des MCP haben 10 Bit...somit hätte ich 1024 verschiedene 
Werte. D.h. meine Abstufung wäre 3,3V/1024, oder?

Das wiederum würde aber bedeuten, dass die Maximale Spannung die ich 
wandeln kann, bei 3,3V liegt, oder?

Ich hab auf dem gebiet leider keine Erfahrung und fuchse mich da grade 
erst rein. Wenn ich eine höhere Spannung am Analogeingang Wandeln will, 
bräuchte ich eine höhere Vref, richtig? Dies würde aber meine Abstufung 
gröber werden lassen. Dem Datenblatt des MCP3008 entnehme ich das Vref 
max. 7,0V entspricht...das bedeutet, das wäre auch die Maximale Spannung 
die ich damit Wandeln könnte?
(http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21295d.pdf)

Was ich mich auch frage ist: Ich will den Raspberry und MCP3008 über SPI 
kommunizieren lassen (dafür gibt's ein kleines Tutorial)...das ist nicht 
das Problem. Was mich verunsichert: Kann ich das auch tun, wenn ich z.B. 
5V als Vref benutze, da der Raspberry ja nur 3,3V an seinen GPIO´s 
vertragen kann?Oder muss ich mir da keine Gedanken drum machen, wenn ich 
den SPI-Bus verwende?

Viele Grüße
Chris

von Chris F. (baselbub)


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Niemand eine Idee, oder Hilfestellung?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Chris Feu schrieb:
> Dies würde aber meine Abstufung
> gröber werden lassen. Dem Datenblatt des MCP3008 entnehme ich das Vref
> max. 7,0V entspricht...das bedeutet, das wäre auch die Maximale Spannung
> die ich damit Wandeln könnte?

Nein, die Angaben unter "Absolute Maximum Ratings" stellen stets die 
Zerstörgrenze des Bauteils dar, nicht den Arbeitsbereich. Bei einer 
Versorgungsspannung von 3,3V darf die Referenzspannung maximal 3,3V + 
0,7V = 4V betragen. Es ist aber äußerst ratsam, hier ebenfalls maximal 
3,3V zu verwenden. Für eine möglichst genaue Messung empfiehlt sich 
daher eine der sehr gebräuchlichen 2,5V-Referenzspannungsquellen.

Für höhere Eingangsspannungen benötigt man einen Spannungsteiler. Je 
nach Quellimpedanz muss ggf. noch vor dem Spannungsteiler noch ein 
Puffer angebracht werden, aber meist bietet sich ein halbwegs 
hochohmiger resistiver Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Puffer-OP 
an.

Leider schreibst Du ja nichts über die Randbedingungen, d.h. tatsächlich 
geforderten Eingangsspanungsbereich einschließlich Überlast sowie den 
benötigten Frequenzbereich.

von Chris F. (baselbub)


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Hey,

danke für deine Antwort.

Mir ging es erstmal darum, überhaupt einen "Überblick" über mein 
Vorhaben zu erhalten.

Konkret: Ich will zu Testzwecken erstmal eine maximale Eingangsspannung 
von 5V Wandeln.
Am einfachsten wäre es, den Baustein mit 3,3V zu versorgen (Ausgänge 
Raspberry PI), da dann auch die Uref 3,3V wäre, müsste ich also einen 
Spannungsteiler aufbauen, richtig?
Hinzu kommt, dass ich davor noch einen Gleichrichter schalten muss, da 
ich Wechselspannung Wandeln will.
Mit Frequenz meinst du was? Wsh. die Rechenzeit die die Wandlung maximal 
benötigen darf?

Grüße

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Chris Feu schrieb:
> Am einfachsten wäre es, den Baustein mit 3,3V zu versorgen (Ausgänge
> Raspberry PI), da dann auch die Uref 3,3V wäre, müsste ich also einen
> Spannungsteiler aufbauen, richtig?

Die Betriebsspannung des Raspberry Pi wird nicht so konstant sein, wie 
für die Referenzspannung benötigt, sondern sowohl kurzzeitige (z.B. 
veränderliche Last bzw. Rechenleistung, Einstreuung durch den 
Schaltregler) als als langsame (Temperaturdrift) Störungen aufweisen. 
Für die allerersten Tests mag das zwar reichen, aber die Abweichungen 
der Wandlungergebnisse werden deutlich größer sein als die Auflösung des 
ADC.

> Hinzu kommt, dass ich davor noch einen Gleichrichter schalten muss, da
> ich Wechselspannung Wandeln will.
> Mit Frequenz meinst du was? Wsh. die Rechenzeit die die Wandlung maximal
> benötigen darf?

Nein, welche Frequenzanteile sind für Dein Eingangssignal zu erwarten? 
Davon hängen in ganz erheblichem Maße die Eingangbeschaltung 
(Tiefpassfilter usw.) und die benötigte Abtastrate ab. Zur Einarbeitung 
empehle ich:

http://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

Dabei geht es nicht nur um die Frequenzanteile, die Du messen möchtest, 
sondern um sämtliche Frequenzen, die durch die Abtaststufe des ADC 
erfasst werden können.

Nachtrag:
Die obigen Ausführungen gelten natürlich nicht nur für periodische 
Signalanteile, sondern natürlich auch für die überlagerten 
Rauschanteile. Sofern die Messungen mit massiver Überabtastung erfolgen 
kann, lassen sich aber gerade auch die Rauschanteile schon durch eine 
einfache digitale Mittelwertbildung des gewandelten Signals gut 
unterdrücken.

Leider machst Du überhaupt keine Angaben über Dein Nutzsignal und dessen 
mögliche Störeinflüsse.

: Bearbeitet durch User
von Chris F. (baselbub)


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Hi,

jetzt hab ich verstanden was du meinst mit Freuqnanteile. ;) Ja darüber 
sollte ich nochmal nachdenken...ist das erste mal das ich sowas komplett 
selbst dimensioniere.

Konkret möchte ich eine Spannung messen und einen Strom (über Shunt 
verseht sich). Die Nulldurchgänge vergleichen (-> cos(phi)) und so die 
Blindleistung (die induktiv sein wird) messen! Dann will ich mit 
Kondensatoren die induktive Blindleistung Kompensieren...zB. einen 
Kondensator über einen GPIO des PIs (zB mittel Transistor als Schalter) 
der Induktivität parallelschalten.

Du sprichst die Auflösung an...hier muss ich erstmal schauen wie genau 
ich überhaupt auflösen muss, denn für den Zweck, sprich eine Kapazität 
der Spule parallel zu schalten, wird wsh. weniger die Auflösung des 
AD-Wandlers oder PIs das Problem sein, sondern viel mehr, wie fein in 
die Kompensationsstufen einstellen kann (hoffe du verstehst was ich 
meine).

Gruß

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Chris Feu schrieb:
> (hoffe du verstehst was ich meine).

Hier interessiert kein Blabla, sondern nur Fakten:
- Grundfrequenz
- Oberwellen
- Störspektrum

Du redest die ganze Zeit nur um den heißen Brei herum und gibt nicht 
einmal die Größenordnung Deiner Signale an. Geht es um Niederfrequenz, 
Hochfrequenz, Mikrowellen? Welche Spannungen und Ströme 
(Einzelelektronen, Milliampere, Kiloampere))? Die Schaltungstechniken 
sehen ggf. komplett unterschiedlich je nach Größenordnung der 
entsprechenden Messgrößen aus.

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